RU2452093C2

RU2452093C2 - Способ и сеть, подходящие для увеличения sinr канала передачи данных

Info

Publication number: RU2452093C2
Application number: RU2009140756/08A
Authority: RU
Inventors: Дзее Хиун КИМ (DE); Дзее Хиун КИМ; Эгон ШУЛЬЦ (DE); Эгон ШУЛЬЦ; Вольфганг ЦИРВАС (DE); Вольфганг ЦИРВАС
Original assignee: Нокиа Сименс Нетворкс Гмбх Унд Ко. Кг
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2012-05-27
Also published as: RU2009140756A; EP2143220A1; US20100046659A1; CN101682433A; WO2008122366A1; CN101682433B; CN103188024A; EP1978657A1

Abstract

Изобретение относится к беспроводной связи. Технический результат - повышение помехоустойчивости канала передачи данных. Для этого способ для увеличения SINR канала передачи данных, в котором элемент мобильной сети (ms1, ms2) при применении первого способа выполняет первую оценку SINR канала посредством изменения первой характеристики сигнала, передаваемого через канал, элемент мобильной сети при применении дополнительного способа выполняет дополнительную оценку SINR канала посредством изменения, по меньшей мере, одной дополнительной характеристики сигнала, элемент мобильной сети выбирает то, какой способ дает в результате более высокую оценку SINR канала, элемент мобильной сети передает сигнал обратной связи, по меньшей мере, в один присоединенный элемент базовой сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2), указывающий выбранный способ, который дает в результате наибольший SINR канала, применяя выбранный способ, присоединенный элемент базовой сети изменяет соответствующую характеристику сигнала, который он передает, тем самым увеличивая SINR канала. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Description

Описывается способ для увеличения, в частности, для сохранения высокого уровня SINR канала передачи данных между множеством мобильных и базовых элементов сети. В частности, описываемые способы и элементы сети предпочтительно относятся к радиопередачам.

SINR упоминается как отношение "сигнал-к-помехам-и-шуму".

Динамический характер каналов передачи данных между множеством элементов сети в смысле ухудшения SINR канала или изменений SINR канала может приводить к невозможности для поставщика сетевых услуг всегда обеспечивать желаемое качество обслуживания. Эта трудность усиливается, когда мобильные элементы сети соединяются с элементами стационарной сети, в том, что каналы передачи между ними даже в меньшей степени предрасположены к стабильным характеристикам SINR. Это обусловлено тем, что векторы передачи данных могут изменяться по местоположению и направлению и поэтому предрасположены к переменным уровням возмущений.

Одна цель, которая должна быть достигнута, заключается в обеспечении полностью стабильного способа для поддержания высокого SINR канала передачи данных между множеством элементов сети.

Представлен способ для увеличения SINR канала передачи данных, в котором мобильный элемент сети, который применяет первый способ, выполняет с помощью первого способа первую оценку SINR канала посредством изменения первой характеристики сигнала, передаваемого через канал.

Дополнительно, мобильный элемент сети при применении дополнительного способа выполняет дополнительную оценку SINR канала посредством изменения, по меньшей мере, одной дополнительной характеристики сигнала.

После этого мобильный элемент сети выбирает то, какой из способов дает более высокую оценку SINR канала.

После осуществления оценок мобильный элемент сети передает сигнал, по меньшей мере, в один базовый элемент сети, присоединенный к нему, при этом сигнал содержит индикатор относительно выбранного способа, который дает в результате наибольший SINR канала.

Присоединение между мобильным элементом сети и базовым элементом сети рассматривается как состояние, в котором соответствующие элементы сети связываются друг с другом на основе удовлетворяемых критериев, касающихся интенсивности передачи сигналов и качества передачи сигналов между элементами сети.

Затем, применяя выбранный способ, присоединенный базовый элемент сети изменяет соответствующую характеристику сигнала, который он передает, тем самым увеличивая SINR канала.

Преимущественно, рабочий SINR канала тем самым может улучшаться для сигналов, передаваемых за период времени до тех пор, пока SINR канала снова существенно не изменяется вследствие факторов внешних возмущений. По истечении этого периода времени могут осуществляться новые оценки, и свойства SINR канала соответственно приспосабливаются.

SINR может быть выражен следующим образом:

где P_S - мощность сигнала, передаваемого через канал, P_N - мощность шумовой части в канале, и P_I - мощность помех. Таким образом, компонент шума в более общих терминах SINR выражается как сумма мощности шума и мощности помех. Если компонент шума выражается, в общем, без конкретной связи с компонентом помех, вышеупомянутое выражение может рассматриваться как представление SNR (отношение сигнал/помеха). Описываемые способы тем самым также могут применяться к увеличению или поддержанию высокого SNR канала передачи данных.

Канал рассматривается как тракт передачи данных между двумя или более элементами сети. Он может быть трактом стационарной линии или беспроводным трактом. Канал может рассматриваться как полоса частот, к примеру, радиочастот, которые могут быть зарезервированы для конкретных сетевых услуг.

Канал может рассматриваться как линия связи между обозначенными портами множества элементов сети. Предпочтительным протоколом, используемым для передач данных между двумя элементами сети по линии связи или каналу в беспроводном случае, является UMTS. Для сценария стационарной линии предпочтительно используется Интернет-протокол, при этом дополнительные протоколы являются подходящими для использования, например, в целях инкапсуляции пакетов данных с различными заголовками, обрабатываемыми на различных уровнях сетевой архитектуры, к примеру, на различных уровнях модели OSI.

SINR канала рассматривается как SINR в канале между сигналом, передаваемым через канал, и компонентом шума или компонентами шума, возмущающими сигнал. SINR канала может меняться во времени, поскольку канал будет подвергаться различным внешним воздействиям, таким как электромагнитные поля, переходные помехи между множеством каналов или аналогичные эффекты ухудшения качества сигнала. Они могут меняться во времени.

Изменение характеристики сигнала при оценке SINR канала рассматривается главным образом как заключающее в себе изменение компонента шума в SINR канала и/или изменение свойства сигнала, такого как его амплитуда или мощность, выражаемого в SINR канала. Другими изменяемыми свойствами сигнала являются частота и фаза.

SINR предпочтительно выражается и обрабатывается посредством электронного измерительного оборудования на логарифмической шкале в децибелах. Предоставляются элементы сети, которые содержат такое электронное измерительное оборудование.

Изменение компонента шума в SINR канала рассматривается как изменение свойства самого передаваемого сигнала, поскольку компонент шума может являться помехой, например, для амплитуды сигнала. В случае цифровых сигналов компонент шума может рассматриваться как сигнал ошибки, вызываемый, например, квантованием сигнала.

Мобильный элемент сети рассматривается как содержащий мобильное пользовательское оборудование (UE), такое как мобильный телефон, или другое устройство мобильной связи, такое как портативный компьютер с поддержкой доступа к сети. Таким образом, мобильный элемент сети не ограничен применением в беспроводной сети, а, наоборот, также может использоваться в сети со стационарными линиями или в сети, содержащей комбинацию означенного.

Базовый элемент сети рассматривается как содержащий приемник/передатчик, выступающий в качестве концентратора сети передачи данных, и также может быть шлюзом во множестве сетей, в частности также между проводной сетью и беспроводной сетью. Он может содержать передатчик с низким уровнем мощности и беспроводной маршрутизатор. Базовый элемент сети может рассматриваться как базовая станция, используемая совместно с мобильным элементом сети.

Предпочтительно, первый способ содержит оценку SINR канала, когда мощность помеховой части SINR канала устраняется. Устранение помеховой части SINR канала может осуществляться посредством замены значения помеховой части SINR канала нулем. Это будет давать первое значение SINR, которое может быть сравнено с другими оценками SINR.

Согласно одной реализации способа дополнительный способ содержит оценку SINR канала, когда мощность сигнальной части SINR увеличивается, при этом мощность сигнальной части в SINR предпочтительно задается равной 1.

Сигнал, характеристика которого изменяется посредством мобильного элемента сети для оценки SINR канала, предпочтительно является сигналом, передаваемым и принимаемым от присоединенного базового элемента сети. Тем не менее сигнал может передаваться и приниматься от неприсоединенного элемента сети, причем в качестве примера, фиктивные сигналы отправляются от неприсоединенного элемента сети в качестве средств калибровки, чтобы давать возможность оценки SINR канала посредством мобильной станции.

По меньшей мере, один базовый элемент сети, присоединенный к мобильному элементу сети, определяет согласно предпочтительной реализации способа весовой коэффициент на основе выбранного способа, чтобы изменять характеристику сигнала, который он передает.

Удобно, когда матрица рабочего канала определяется через произведение весового коэффициента, причем весовой коэффициент является матрицей весовых коэффициентов, на матрицу канала. Матрица канала может содержать элементы данных, выраженные как комплексные числа, поскольку они могут облегчить задачу обработки посредством средства обработки, предусмотренного в элементах сети.

Матрица весовых коэффициентов содержит комплексные элементы, представляющие информацию амплитуды и фазы элементов предварительного кодирования. Элементы предварительного кодирования должны применяться к передаваемому сигналу, который также может быть в формате комплексных чисел, чтобы предыскажать сигнал в попытке корректировать канальные эффекты на передающей стороне. Поскольку процесс коррекции выполняется на передающей стороне, приемник может иметь относительно простую структуру вследствие процесса предварительного кодирования. Другими словами, матрица канала или матрица канальных коэффициентов представляет искажение, вызываемое посредством таких свойств канала, как потери в тракте передачи, ослабление от внешних помех и наводок и быстрое затухание, для каждой отдельной линии связи, в формате комплексной матрицы, чтобы указывать амплитуду и фазу искажения.

Матрица предварительного кодирования выполняет обратную операцию посредством использования информации канальных коэффициентов для того, чтобы сводить к нулю эффекты канала. Умножение и сложение комплексных чисел может выполняться посредством использования подходящей микросхемы DSP (цифровой сигнальный процессор) или микросхемы FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица), выбор которой является вопросом реализации.

Согласно дополнительной реализации способа множество мобильных элементов сети передают сигнал обратной связи, по меньшей мере, в один присоединенный базовый элемент сети. Передача сигналов может быть распределена во времени, причем рассмотрение каждого сигнала, принимаемого от мобильной станции, может подчиняться временному кадру или временному интервалу.

Сигналы, передаваемые посредством мобильных элементов сети, по меньшей мере, в один из их соответствующих присоединенных базовых элементов сети, могут содержать отличающиеся индикаторы относительно выбранного способа, дающего в результате наибольший SINR канала.

Согласно предпочтительной реализации способа, по меньшей мере, один базовый элемент сети принимает множество сигналов обратной связи от различных мобильных элементов сети, к которым он присоединен. Затем он выбирает способ из указанных выбранных способов принимаемых сигналов обратной связи, который дает в результате наибольший SINR канала. После этого он изменяет характеристику сигнала, который он передает, на основе выбранного способа.

Предпочтительно, чтобы канал, SINR которого оценивается, выбирался так, чтобы быть каналом восходящей линии связи, по меньшей мере, между одним мобильным элементом сети и, по меньшей мере, одним присоединенным базовым элементом сети. Базовая станция, которая поддерживает самую сильную линию связи с мобильным элементом сети, выбирается таким образом, чтобы быть присоединенной базовой станцией для этого мобильного элемента сети.

Кроме того, представляется сеть, содержащая множество базовых элементов сети и присоединенных мобильных элементов сети, причем как базовые элементы сети, так и мобильные элементы сети содержат средство передачи и приема сигналов. Дополнительно, элементы сети содержат:

- электронное средство для измерения SINR канала передачи,

- электронное средство для оценки SINR канала посредством изменения члена SINR,

- средство для сравнения различных оцененных значений SINR канала.

Элементы сети в сети предпочтительно размещаются распределенным способом. Это означает, что они содержат средство для связи и калибровки сигнала между собой без потребности в центральной административной системе, например системе управления сетью.

Элементы сети предпочтительно содержат средство принятия решения для выбора способа, который дает в результате наибольшую оценку SINR канала, вместе со средством для передачи упомянутого выбранного способа другому элементу сети. Средство сравнения и принятия решения таким образом может содержать подходящие логические схемы, содержащие переключатели, логические схемы, содержащие подходящие установленные программные продукты, используемые для управления.

Сеть является подходящей для осуществления описываемых способов, при этом способы кодируются на машинном языке управления, интерпретируемом посредством элементов сети, чтобы формировать сообщения, передаваемые между элементами сети.

Описываемые способы разрабатываются посредством следующих чертежей и примеров, на которых:

фиг.1 показывает беспроводное сетевое окружение, в котором работает множество мобильных и базовых станций,

фиг.2 показывает блок-схему, иллюстрирующую способ, посредством которого SINR канала может улучшаться,

фиг.3 показывает процедуру принятия решений для мобильной станции между двумя способами оценки SINR,

фиг.4 показывает процедуру обновления матрицы весовых коэффициентов, исполняемую посредством базовой станции,

фиг.5 показывает дополнительную процедуру обновления матрицы весовых коэффициентов, исполняемую посредством другой базовой станции,

фиг.6 показывает график, иллюстрирующий значения SINR как функцию от значений кумулятивной плотности.

Предлагается сеть, в которой несколько базовых станций обслуживают несколько мобильных станций распределенным способом, т.е. без центрального объекта для координации между базовыми станциями. Такая распределенная сеть имеет преимущество в том, что относительно высокая расширяемость сети может достигаться без обязательной необходимости в изменениях элементов сети относительно аппаратных средств или дополнительных программных продуктов для каждой базовой или мобильной станции.

В этой сети предлагается способ для поддержания высокого SINR канала между упомянутыми станциями, при этом предпочтительно используется множество базовых станций с множеством антенн и множество мобильных станций с множеством антенн. Это обеспечивает более простую связь между меняющимися партнерами по связи.

В ходе текущих исследований и анализа радиосвязи между мобильными и базовыми станциями обнаружено, что производительность системы может быть улучшена посредством приспособления схемы обратной связи, предпочтительного применения данных канала восходящей линии связи, которые корректируют матрицу весовых коэффициентов предварительного кодирования для распределенной системы элементов сети в сети связи.

В случае способа обращения в нуль незначащих коэффициентов обнаружено, что матрица весовых коэффициентов предварительного кодирования может быть сформирована посредством использования псевдообратной матрицы весовых коэффициентов матрицы канала нисходящей линии связи, предоставляемой посредством различных схем оценки/передачи CSI (информация состояния канала) нисходящей линией связи, таких как способ повторной передачи пилотов, при котором пилотный сигнал повторно передается в сети связи. Пилотный сигнал предпочтительно имеет одну частоту и используется для коррекции в качестве опорного сигнала или в целях синхронизации.

Выяснилось, что вследствие определенного несовершенства информации о канале нисходящей линии связи, вызываемого посредством ошибок оценки канала нисходящей линии связи и/или искажения сообщений CSI в процессе доставки данных в восходящей линии связи, результирующая матрица весовых коэффициентов предварительного кодирования не всегда соответствовала предполагаемому направлению, при котором сигнальная часть конструируется, а помеховая часть подавляется. Следовательно, наблюдались высокая мощность помех или низкие уровни мощности сигнала и тем самым плохой SINR.

Использование псевдообратной матрицы весовых коэффициентов имеет преимущество относительной простоты реализации и таким образом предпочтительно используется.

Дополнительные преимущественные варианты осуществления способа разработаны следующим образом.

Обнаружено, что ухудшение SINR канала может быть снижено, по меньшей мере, частично посредством приспособления схемы обратной связи от мобильной станции к базовой станции, причем считается, что мобильная станция обычно находится в оптимальной позиции для того, чтобы измерять рабочий канал.

Рабочим каналом считается канал, который виден со стороны приемника, которым в этом случае является мобильная станция. Рабочий канал рассматривается как матрица канала нисходящей линии связи, умноженная на матрицу

весовых коэффициентов предварительного кодирования.

Обнаружено, что использование этой информации повышает полную производительность системы при относительно небольших затратах. Предложенный способ в значительной степени исключает помехи в передаваемых сигналах между элементами сети.

Согласно одной реализации способа мобильная станция измеряет рабочий канал посредством применения пилотного сигнала или других способов оценки канала и сообщает, по меньшей мере, в свою одну присоединенную базовую станцию обнаруженную помеховую часть. В совместной области нескольких базовых станций базовые станции должны взаимодействовать, чтобы обслуживать множество мобильных станций. В этом контексте, при рассмотрении одной конкретной мобильной станции, базовая станция, с которой мобильная станция сохраняет самую сильную линию связи, отмечается посредством базовой станции.

Каждая мобильная станция может иметь собственную присоединенную базовую станцию в определенный момент времени, при этом различные мобильные станции могут совместно не использовать одну и ту же базовую станцию. Каждая мобильная станция, которая принадлежит совместной области, таким образом может иметь собственные отдельные присоединенные базовые станции.

Таким образом, предлагается сначала разрешать базовой станции, при этом базовая станция проинформирована о своих присоединенных мобильных станциях, обновлять свою матрицу предварительного кодирования, например, чтобы устранять помеховую часть SINR канала в канале или каналах, соединяющих ее с присоединенными мобильными станциями, для последующих передач данных.

При такой схеме обратной связи с устранением помех, далее обозначаемой IR, мобильная станция отправляет сигнал, указывающий помеховую часть SINR канала, в собственную присоединенную базовую станцию(и). Информированная базовая станция затем вычисляет весовой коэффициент так, чтобы результирующая помеховая часть рабочего канала принимала значение нуль, при этом можно предполагать, что возможные характеристики ухудшения качества сигнала канала нисходящей линии связи остаются такими же, как для канала восходящей линии связи. Это может быть истинным, по меньшей мере, для коротких интервалов времени.

Фиг.1 иллюстрирует систему из трех базовых станций bs1, bs2 и bs3 и двух мобильных станций ms1 и ms2, каждая из которых содержит антенну, при этом левая сторона чертежа показывает три соты беспроводной сети C, каждая является шестиугольной в схематической форме. Правая сторона чертежа показывает совместную область CA или зону обслуживания, шестиугольную в схематической форме, состоящую из трех базовых станций bs1, bs2 и bs3, каждая из которых обслуживает две мобильных станции ms1 и ms2 одновременно. Для такой системы полное уравнение системы может быть сформулировано следующим образом:

где H - это матрица канала нисходящей линии связи, элементы которой являются канальными коэффициентами, которая в данном случае является матрицей 2×3 (число мобильных станций, умноженное на число базовых станций).

- оцененная матрица 3×2 весовых коэффициентов предварительного кодирования, каждая строка которой берется из строки матрицы

весовых коэффициентов соответствующей базовой станции, где k указывает индекс базовой станции, s - вектор исходных сигналов с передающей стороны, а

- это вектор принимаемых сигналов с приемной стороны. N - это вектор шума. Матрица рабочего канала в таком случае выражается следующим образом:

Рабочий канал - это матрица 2×2 в этом случае.

Каждая базовая станция bs1, bs2, bs3 осведомлена о собственной доле в

. Например, базовая станция bs1 формирует первую строку

, взяв первую строку псевдоинверсии оцененной матрицы канала, собственную версию которой имеет каждая базовая станция. Базовая станция bs1 не имеет доступа к другим строкам

, но другие базовые станции могут вводить свои значения в соответствующие строки

.

С точки зрения мобильной станции ms1, a₁₁ - это сигнальная часть рабочего канала, а a₁₂ - помеховая часть. Для мобильной станции ms2, a₂₁ - помеховая часть, и a₂₂ - сигнальная часть. В мобильных станциях ms1 и ms2 предусмотрено средство для того, чтобы оценивать эти значения.

Когда мобильная станция ms1 присоединяется к базовой станции bs1, базовая станция bs1 должна информироваться относительно значения a₁₂ посредством индикаторного сигнала или сообщения от мобильной станции ms1. Базовая станция bs1 находит значение

, удовлетворяющее следующим уравнениям в скобках:

, как определенно базовой станцией bs1, решает предыдущую пару уравнений согласно

,

где

- это версия базовой станции bs1 оцененного канала нисходящей линии связи (DL).

Схема обратной связи с усилением мощности сигнала, далее также обозначаемая SPB, предоставляет возможность усиления сигнальной части матрицы рабочего канала вместо устранения помеховой части, как должно происходить для схемы обратной связи с устранением помех.

Способ обратной связи с усилением мощности сигнала предпочтительно работает при следующем ограничении: базовые станции, присоединенные к мобильным станциям, информированы относительно сообщений обратной связи от мобильных станций, принадлежащих той же самой совместной области. Сообщения обратной связи передаются в широковещательном режиме в максимально возможное число присоединенных базовых станций.

Сигнальная часть усиливается с тем, чтобы увеличивать SINR, поскольку обнаружено, что низкий SINR является атрибутом не только относительно высоких помех, но также и низкой мощности сигнальной части. Увеличение мощности сигнальной части рабочего канала может достигаться посредством корректирования матрицы весовых коэффициентов на передающей стороне.

Мобильная станция измеряет мощность сигнальной части матрицы рабочего канала (a₁₁ для мобильной станции ms1 и a₂₂ для мобильной станции ms2) и отправляет это значение обратно в присоединенные базовые станции, которые, в свою очередь, увеличивают мощность сигнальной части до требуемого значения, например, 1,0.

Эта схема обратной связи с увеличением мощности сигнала может считаться эквивалентной схеме обратной связи с устранением помех в том смысле, что с помощью обеих схем мобильная станция может измерять элемент матрицы рабочего канала, и это значение отправляется обратно в базовую станцию, чтобы обновлять матрицу весовых коэффициентов. Различие заключается в том факте, что схема обратной связи с увеличением мощности сигнала изменяет матрицу весовых коэффициентов так, что сигнальная часть имеет желаемое значение, вместо устранения помех, как в схеме обратной связи с устранением помех.

Схема обратной связи с увеличением мощности сигнала улучшает показатель SINR в случае низкого SINR.

Схема обратной связи с увеличением мощности сигнала предпочтительно используется, когда ожидается, что эта схема должна приводить к лучшей производительности канала. Результирующий SINR может быть выше, когда применяется схема SPB, а не схема IR.

Когда только одна или другая схема обратной связи доступна в качестве способа для обновления матрицы весовых коэффициентов, способ может называться прямым процессом.

В случае, если множество схем обратной связи доступны для мобильных станций, последние могут определять то, какая схема обратной связи приводит к лучшей производительности (более высокому SINR). Мобильные станции будут иметь преимущество в том, что они, вероятно, находятся в оптимальной позиции для измерения мощности шума и помех при передаче сигналов.

Способ с обратной связью, который может использовать как способ устранения помех, так и способ увеличения мощности сигнала, обозначается далее как процесс совместной оптимизации и является предпочтительной реализацией способа для улучшения SINR канала. Процесс совместной оптимизации, в качестве примера, может реализовываться посредством следующих процедур.

1. Каждая мобильная станция решает, какая из множества схем обратной связи должна использоваться (дает в результате более высокий SINR канала), и отправляет соответствующее сообщение в максимально возможное число присоединенных базовых станций в совместной области.

2. Базовые станции, присоединенные к мобильной станции, передающей сообщение, определяют то, должны они реализовывать прямой процесс или процесс совместной оптимизации. Это зависит о того, принимали ли они конфликтующие сообщения от мобильных станций, выбирающих свой предпочтительный способ.

3. Присоединенные базовые станции обновляют соответственные элементы матрицы весовых коэффициентов согласно своему выбору из различных способов обновления матрицы весовых коэффициентов.

Таким образом, каждая мобильная станция сначала измеряет мощность сигнала, мощность помех и мощность шума принимаемых сигналов. Затем она определяет SINR, полученный на основе этих параметров. Далее она оценивает SINR на основе схемы обратной связи с увеличением мощности сигнала, после чего следует оценка SINR на основе схемы обратной связи с устранением помех. Соответствующие уравнения для этих трех различных значений SINR приводятся ниже в соответствующем порядке, где P_S означает мощность сигнала, P_Nозначает мощность шума при передаче сигналов, а P_I означает мощность помех при передаче сигналов. SPB - это индекс для увеличения мощности сигнала, IR - это индекс для устранения помех, а est - это индекс для оценки.

Процесс оценки для схемы обратной связи с увеличением мощности сигнала предпочтительно осуществляется посредством замены желаемого значения, такого как 1,0, на P_S, в случае схемы обратной связи с устранением помех - посредством замены 0 на P_I, при этом другие элементы остаются неизмененными. В завершение, каждая мобильная станция сравнивает два оцененных значения SINR после обратной связи и определяет свою схему обратной связи как схему, которая может приводить к более высокому SINR.

Может быть определенное различие между оцененным SINR после обратной связи и фактическим SINR после обратной связи, поскольку схема обратной связи может изменять свой целевой элемент рабочего канала, а также может вызывать неожиданные побочные эффекты.

Тем не менее, после приема сообщений или индикаторов от мобильных станций относительно выбранных или предпочтительных способов для улучшения SINR канала базовые станции, принимающие эти сообщения, выполняют процесс обновления матрицы весовых коэффициентов после приема сообщений обратной связи от мобильных станций. Обновление выполняется согласно записям таблицы 1 следующим образом:

Здесь, k_i (i=1,2) является индексом присоединенной базовой станции мобильной станции i.

Формулы схемы с устранением помех предпочтительно разработаны с возможностью приводить к 0 помеховую часть матрицы рабочего канала вместо сохранения ненулевых значений a₁₂ и a₂₁ в формулах. Это должно достигаться посредством обновления

и

при условии, что другие элементы в этом столбце

остаются неизменными, что четко выражено в формулах посредством второго нижнего индекса w. Вкратце, ms1 обновляет весовой коэффициент во втором столбце, тогда как ms2 делает это в первом столбце.

Формулы схемы обратной связи с увеличением мощности сигнала для мобильных станций ms1 и ms2 разработаны с возможностью давать 1,0 для сигнальных частей

вместо a₁₁ и a₂₂ в качестве значений, отличных от единицы, к примеру, дробных кратных 1.

Согласно предпочтительной реализации способа, в котором SINR канала улучшается, вышеприведенный способ обновления матриц весовых коэффициентов, тем не менее, не используется в случае, если мобильная станция ms1 и мобильная станция ms2 имеют различные схемы обратной связи. Когда мобильная станция ms1 и мобильная станция ms2 выбирают различные схемы обратной связи, элементы матрицы весовых коэффициентов, которые должны обновляться, находятся в том же столбце матрицы весовых коэффициентов, что нарушает намеченное использование формулы. В этом случае формулы должны получаться посредством совместного рассмотрения обоих из значений обратной связи с целью достижения усиления сигнальной части одного пользователя и подавления помеховой части другого пользователя.

Например, условия, которые должны быть выполнены в случае, если оба весовых коэффициента, которые должны обновляться, находятся в 1-ом столбце матрицы весовых коэффициентов (мобильная станция ms1→схема обратной связи с увеличением мощности сигнала, мобильные станции ms2→схема обратной связи с устранением помех), следующие:

.

Индексы k₁ и k₂ обозначают индексы присоединенных базовых станций для мобильной станции ms1 и мобильной станции ms2 соответственно. Нерелевантные коэффициенты оставляют пустыми в столбце матрицы весовых коэффициентов. Верхнее уравнение в скобках описывает текущее состояние, тогда как нижнее уравнение в скобках описывает предпочтительное состояние после того, как обновление весовых коэффициентов осуществлено. w, которые обозначают весовые коэффициенты текущего состояния, не присваиваются апострофы (штрихи), тогда как w, которые обозначают обновленные весовые коэффициенты предпочтительного состояния SINR канала, присваиваются апострофы. Решение, которое обеспечивается посредством объединенного решения вышеупомянутых уравнений в скобках, показано в таблице 2:

В случае если мобильная станция ms1 отправляет a₁₁, например, с флагом обратной связи увеличения мощности сигнала в базовую станцию bsk1, а мобильная станция ms2 отправляет a₂₁ с флагом обратной связи с устранением помех в базовую станцию bsk2, базовая станция bsk1 обновляет элемент матрицы весовых коэффициентов

с помощью собственной версии матрицы канала, а базовая станция bsk2 делает это для

.

Фиг.2 показывает различные этапы, используемые в способе для улучшения качества передачи данных в каналах между тремя базовыми станциями bsk1, bsk2 и bsk и двумя мобильными станциями ms1 и ms2. Представленное число базовых и мобильных станций имеет намерение упрощать пояснение. Большее число любых из станций может использоваться и уравнения для обновления матриц весовых коэффициентов соответственно могут адаптироваться.

Базовые станции bsk1 и bsk2 представляют присоединенную базовую станцию для мобильных станций ms1 и ms2 соответственно. Базовая станция bsk, показанная на чертеже в правой стороне, не присоединяется ни к одной из мобильных станций, а взаимодействует с другими базовыми станциями в совместной области, чтобы передавать данные.

В момент времени t₁ все три базовые станции выполняют предварительное кодирование и передают предварительно кодированные сигналы в мобильную станцию ms1 и мобильную станцию ms2, как показано с помощью стрелок, исходящих из самых верхних прямоугольников.

В момент времени t₂ мобильные станции ms1 и ms2 измеряют сигналы, принимаемые от базовых станций, и оценивают сигнальную часть и помеховую часть матрицы рабочего канала.

Для оценки сигнальной части матрицы рабочего канала мобильные станции ms1 и ms2 определяют значения a₁₁ и a₂₂ соответственно.

Для оценки помеховой части матрицы рабочего канала мобильные станции ms1 и ms2 определяют значения a₁₂ и a₂₁ соответственно.

В момент времени t₃ мобильные станции ms1 и ms2 решают, какая из множества схем обратной связи должна использоваться. Чтобы показать, как это делается, обратимся к фиг.3. Эта фигура показывает схематичное представление процесса решения схемы обратной связи одной из мобильных станций, мобильной станции ms1. В случае мобильной станции ms2, фиг.3 должна быть интерпретирована таким образом, что значения a₁₁ и a₁₂, показываемые в верхнем блоке на чертеже, заменяются на a₂₂ и a₂₁ соответственно.

Мобильная станция ms1 (и/или мобильная станция ms2 с собственными оцененными значениями SINR) решает, какая схема обратной связи является подходящей, посредством сравнения оцененных значений SINR на основе устранения IR помех или увеличения SPB мощности сигнала. Это показывается в верхнем блоке с помощью

и

Через результаты моделирования продемонстрировано, что на крутизну кривой SINR влияет значение смещения Δ_off. Это значение смещения может быть определено на основе результатов моделирования или других способов.

Таким образом, если SINR_SPB ^est>(SINR_IR ^est+Δ_off) является истинным утверждением, случай, который указывается с помощью стрелки "да", схема SPB fb обратной связи с увеличением мощности сигнала предпочтительно используется, как показано в прямоугольнике, к которому идет упомянутая стрелка (fb означает обратную связь).

Если SINR_SPB ^est>(SINR_IR ^est+Δ_off) не является истиной, случай, который указывается с помощью стрелки "нет", схема IR fb обратной связи с устранением помех предпочтительно используется, как показано в прямоугольнике, к которому идет упомянутая стрелка.

Ссылаясь снова на фиг.2, в момент времени t₄ мобильная станция ms1 генерирует сообщение обратной связи. Это может заключать в себе квантование сигнала или помеховой части рабочего канала и различение между схемами обратной связи с устранением помех и с увеличением мощности сигнала так, чтобы базовые станции, принимающие сигнал, могли распознавать выбранную схему обратной связи. Квантование может вовлекать предоставление сгенерированного сигнала с соответствующим флагом, распознаваемым базовыми станциями, к которым отправляется сгенерированное сообщение. После генерирования сообщения мобильные станции передают сообщение с обратной связью в свои присоединенные базовые станции bsk1.

В момент времени t₅ присоединенная базовая станция bsk1 декодирует принимаемые сообщения с обратной связью от мобильной станции ms1 (и это же делает базовая станция bsk2 с соответствующим принимаемым сообщением от мобильной станции ms2).

В момент времени t₆ базовая станция bsk1 (i=1, 2) выполняет процесс обновления элемента матрицы весовых коэффициентов

(j=1, 2), процедура которого подробнее поясняется с помощью фиг.4.

Ссылаясь на фиг.4, процесс обновления для

, выполняемый посредством базовой станции bsk1, определяется тем, возвращают или нет схемы обратной связи ms1-fb и ms2-fb от двух мобильных станций ms1 и ms2 идентичные результаты SINR канала. Это указывается в самом верхнем ромбе с помощью ms1-fb=ms2-fb?. Переключение между этими двумя возможностями показывается посредством стрелки, указывающей "да", и стрелки, указывающей "нет", идущим к прямоугольникам StrP и JOP, где указываются прямой процесс и процесс совместной оптимизации соответственно.

В вышеупомянутом прямом процессе согласно таблице 1 мобильные станции ms1 и ms2 предпочтительно передают свои сообщения обратной связи в свои присоединенные базовые станции, поскольку каждая мобильная станция может не иметь возможности воспринимать схему обратной связи для другой мобильной станции. Обновленная матрица весовых коэффициентов затем используется для последующих передач данных до тех пор, пока другая новая матрица весовых коэффициентов не предоставлена.

В случае если возвращаются одинаковые результаты SINR канала, что указывается посредством стрелки "да", идущей к нижнему прямоугольнику StrP, обновленный элемент матрицы весовых коэффициентов вычисляется посредством базовой станции bsk1 в прямом процессе согласно таблице 1. Этот прямой процесс подробнее проиллюстрирован посредством того, что содержится в прямоугольнике StrP, к которому идет стрелка "да". Здесь, если мобильная станция ms1 выбрала способ увеличения мощности сигнала таким образом, чтобы увеличивать оцененный SINR канала (указанно посредством ms1:SPB?, идущей к "нет" в ромбовидном поле), то весовой коэффициент

вычисляется, где

показывается в окружности в конце стрелки "да" в прямоугольнике StrP.

Отметим, что весовые коэффициенты, обновляемые через прямой процесс, выражаются с апострофами в конце выражения. Весовые коэффициенты, обновляемые через процесс совместной оптимизации, выражаются с апострофом сразу после

.

Если мобильная станция ms1 не выбрала способ увеличения мощности сигнала таким образом, чтобы увеличивать оцененный SINR канала (указано посредством ms1:SPB?, идущей к "нет" в ромбовидном поле прямоугольника StrP), то весовой коэффициент

согласно схеме устранения мощности помех (IR) вычисляется, где

также показывается в окружности в конце стрелки "нет".

В случае если результаты отличаются, т.е. ms1-fb=ms2-fb? является ложным утверждением, то процесс совместной оптимизации осуществляется посредством базовой станции bsk1, тем самым весовые коэффициенты обновляются посредством базовой станции bsk1. Это показывается в прямоугольнике JOP, к которому идет стрелка "нет". Весовые коэффициенты вычисляются согласно записям строки 1 в ранее представленной таблице 2.

Здесь, если мобильная станция ms1 выбрала способ увеличения мощности сигнала для того, чтобы повысить оцененный SINR канала (указано посредством ms1:SPB?, идущей к "да" в ромбовидном поле прямоугольника JOP), то весовой коэффициент

согласно способу SPB увеличения мощности сигнала вычисляется, где

показывается в окружности в конце стрелки "да".

Если мобильная станция ms1 не выбрала способ увеличения мощности сигнала для того, чтобы оценивать SINR канала (указано посредством ms1:SPB?, идущей к "нет" в ромбовидном поле прямоугольника StrP), то весовой коэффициент

согласно схеме с устранением помех (IR) вычисляется, где

показывается в окружности в конце стрелки "нет".

Фиг.5 показывает процесс согласно фиг.4 для другой базовой станции bsk2. Та же самая процедура, что описана для фиг.4, осуществляется, тем не менее вычисляемые весовые коэффициенты - это коэффициенты из вторых строк таблиц 1 и 2 для прямого процесса и для процесса совместной оптимизации соответственно. Вторые строки ссылаются на мобильную станцию ms2. Соответственно, записи в прямоугольниках StrP и JOP по фиг.5 содержат выбор способа увеличения SINR (IR или SPB), осуществляемого посредством мобильной станции ms2.

Преимущественно, для способа совместной оптимизации не требуется обмена сигналами между базовыми станциями или между мобильными станциями, что означает, что он может исполняться строго распределенным способом по всей сети.

Фиг.6 иллюстрирует результаты моделирования, при котором радиус R_cell соты беспроводной сети составляет 1 км (см. фиг.1 для описания соты беспроводной сети C).

Кривой дано название dSA2sfb, которое показывает характер изменения SINR согласно схеме обратной связи с совместной оптимизацией, показывает усиление приблизительно в 20 дБ по сравнению со случаем вообще без обратной связи, кривая которой обозначается dSA. Кривая dSA2sfb имеет усиление в 4 дБ по сравнению с прямым способом с обратной связью (кривая dSAfb) при cdf 5% (функция кумулятивной плотности), при этом точка cdf 5% считается критической и используется здесь в качестве критерия качества работы. Область низкого SINR значительно урезана, как показано посредством сдвига вниз и вправо графика cdf на чертеже, что приводит к увеличению пропускной способности во время бездействия. Например, чертеж показывает, что SINR меньше 0 дБ занимает 4% для случая с прямой обратной связью dSAfb, и соответствующая процентиль составляет только 2% для способа совместной оптимизации dSA2sfb, составляя только просто половину от случая с прямой обратной связью.

Таким образом, усиление достигается с помощью простой модификации, при этом распределенные свойства системных требований сохраняются.

Список сокращений

ms1 - первая мобильная станция

ms2 - вторая мобильная станция

bs1 - первая базовая станция

bs2 - вторая базовая станция

bs3 - третья базовая станция

bsk1, bsk2, bsk - базовые станции

S - перекрывающийся сектор сети

C - сетевая сота

CA - совместная область

h₁₁ - элемент матрицы канала между ms1 и bs1

h₁₂ - элемент матрицы канала между ms1 и bs2

h₂₁ - элемент матрицы канала между ms2 и bs1

h₂₂ - элемент матрицы канала между ms2 и bs2

h₁₃ - элемент матрицы канала между ms1 и bs3

h₂₃ - элемент матрицы канала между ms2 и bs3

t₁-t₆ - временные фазы

StrP - прямой процесс

JOP - процесс совместной оптимизации

Claims

1. Способ для повышения SINR канала передачи данных, в котором:
мобильный элемент сети (ms1, ms2), при применении первого способа, выполняет первую оценку SINR канала посредством изменения первой характеристики сигнала, передаваемого через канал,
мобильный элемент сети, при применении дополнительного способа, выполняет дополнительную оценку SINR канала посредством изменения, по меньшей мере, одной дополнительной характеристики сигнала,
мобильный элемент сети выбирает то, какой способ дает более высокую оценку SINR канала,
мобильный элемент сети передает сигнал обратной связи, по меньшей мере, в один присоединенный базовый элемент сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2), указывающий выбранный способ, который дает наибольший SINR канала,
применяя выбранный способ, присоединенный базовый элемент сети изменяет соответствующую характеристику сигнала, который он передает, тем самым повышая SINR канала.

2. Способ по п.1, в котором первый способ содержит оценку SINR канала, когда шумовую часть (Р_I) SINR канала устраняют.

3. Способ по одному из пп.1 или 2, в котором дополнительный способ содержит оценку SINR канала, когда мощность сигнальной части (P_S) в SINR увеличивают.

4. Способ по п.3, в котором мощность сигнальной части (P_S) в SINR задают равной 1.

5. Способ по п.1, в котором сигнал, характеристику которого изменяют посредством мобильного элемента сети (ms1, ms2) для оценки SINR канала, является сигналом, передаваемым и принимаемым от присоединенного базового элемента сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2).

6. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один базовый элемент сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2), присоединенный к мобильному элементу сети (ms1, ms2), определяет весовой коэффициент на основе выбранного способа, чтобы изменить характеристику сигнала, который он передает.

7. Способ по п.6, в котором матрицу рабочего канала определяют через произведение весового коэффициента, причем весовой коэффициент является матрицей весовых коэффициентов, на матрицу канала.

8. Способ по п.7, в котором матрицу канала обеспечивают, по меньшей мере, одним из следующих элементов данных:
статус канала,
задержка при передаче в канале,
мощность сигнала, передаваемого через канал,
частота сигнала, передаваемого через канал,
амплитуда сигнала, передаваемого через канал,
фаза сигнала, передаваемого через канал.

9. Способ по п.8, в котором, по меньшей мере, один из элементов данных матрицы канала выражают как комплексное число.

10. Способ по п.1, в котором каждый из множества мобильных элементов сети (ms1, ms2) передает сигнал обратной связи, по меньшей мере, в один присоединенный базовый элемент сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2).

11. Способ по п.10, в котором сигналы обратной связи, передаваемые посредством мобильных элементов сети (msl, ms2), по меньшей мере, в один из соответствующих присоединенных базовых элементов сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2), содержат различающиеся индикаторы выбранного способа, дающего наибольший SINR канала.

12. Способ по одному из пп.10 или 11, в котором по меньшей мере, один базовый элемент сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2)
принимает множество сигналов обратной связи от различных мобильных элементов сети (ms1, ms2), к которым он присоединен, и
выбирает способ из указанных выбранных способов принимаемых сигналов обратной связи, который дает наибольший SINR канала, и
изменяет характеристику сигнала, который он передает, на основе выбранного способа.

13. Способ по п.1, в котором канал, SINR которого оценен, выбирают так, чтобы быть каналом нисходящей линии связи, по меньшей мере, между одним мобильным элементом сети (ms1, ms2) и, по меньшей мере, одним присоединенным базовым элементом сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2).

14. Способ по п.1, в котором канал, SINR которого оценен, выбирают так, чтобы быть каналом восходящей линии связи, по меньшей мере, между одним мобильным элементом сети (ms1, ms2) и, по меньшей мере, одним присоединенным базовым элементом сети (bs1, bs2, bs3, bsk1, bsk2).

15. Способ по п.1, в котором протокол UMTS используют для связи между мобильными и базовыми элементами сети.

16. Способ по п.1, в котором IP используют в качестве протокола для связи между мобильными и базовыми элементами сети.

17. Способ по п.1, в котором мобильную станцию используют в качестве, по меньшей мере, одного мобильного элемента сети, а базовую станцию используют в качестве, по меньшей мере, одного базового элемента сети в сети передачи данных.

18. Сеть, содержащая, по меньшей мере, один базовый элемент сети и, по меньшей мере, один мобильный элемент сети (ms1, ms2), присоединенный к базовому элементу сети, при этом каждый элемент сети содержит:
электронное средство для измерения SINR канала передачи у канала передачи, который переносит данные между элементами сети,
электронное средство для оценки SINR канала посредством изменения члена SINR,
средство для сравнения различных оцененных значений SINR канала.

19. Сеть по п.18, в которой множество мобильных элементов сети присоединяют к меньшему числу базовых элементов сети.

20. Сеть по одному из пп.18 или 19, в которой, по меньшей мере, один мобильный элемент сети - это мобильная станция, содержащая, по меньшей мере, одно из следующего: пользовательское оборудование мобильной сети, сотовый телефон, портативный компьютер со средством для доступа к сети связи.

21. Сеть по п.18, в которой, по меньшей мере, один базовый элемент сети - это базовая станция.

22. Сеть по п.18, в которой, по меньшей мере, один базовый элемент сети и, по меньшей мере, один мобильный элемент сети, каждый, содержат множество антенн.

23. Сеть по п.18, в которой, по меньшей мере, один мобильный элемент сети работает в множестве полос пропускания.

24. Применение сети по п.18 для осуществления способа по пп.1-17.